Metodi di analisi metallografica e ottimizzazione delle osservazioni e misurazioni
Nell'industria automobilistica, le aziende competono per sviluppare materiali più leggeri e rigidi. Per una selezione e uno sfruttamento ottimali di questi nuovi materiali ad alte prestazioni, è essenziale essere in grado di osservare e misurare le strutture metalliche in modo preciso, semplice e veloce.
Questa sezione introduce ai principi di base e ai problemi comuni dell'analisi metallografica per concludere sugli ultimi esempi di applicazioni del microscopio digitale 4K di KEYENCE.
- Materiali metallici e la necessità di analisi metallografiche
- Strutture metalliche e la sensibilità alle variazioni di temperatura
- Metodi di analisi metallografiche al microscopio
- Ultimi esempi di analisi metallografica
- Analisi metallografica con immagini 4K ad altissima definizione
- Osservazione ad alti livelli di precisione e contrasto grazie alla funzione 4K HDR
- Immagini di grandi dimensioni acquisite mediante lo stitching di immagini ad alta velocità
- Misurazione di strutture metalliche con un clic
- Osservazione della sferoidizzazione della grafite e misurazione del rapporto tra le aree
- Analisi metallografica, un must per i leader del settore
Materiali metallici e la necessità di analisi metallografiche
I materiali metallici sono utilizzati in un'ampia varietà di settori, dall'automotive e aerospaziale, alle infrastrutture, alle apparecchiature elettriche e ai componenti elettronici. Per ogni diversa applicazione sono necessari metalli o una leghe specifiche. Tuttavia, molto più dei costituenti del metallo o della lega, è la loro struttura che determina le loro proprietà meccaniche, come la durata e la malleabilità. L'analisi metallografica consente di valutare e giudicare le proprietà dei materiali metallici e le loro modifiche dovute alla lavorazione, al trattamento termico e ad altri fattori, consentendo così la selezione e l'uso di materiali adatti.
Nel settore automobilistico e in altri campi in cui la rottura di materiali metallici può influire sulla sicurezza del prodotto e sulla vita umana, l'osservazione e l'analisi della struttura metallica sono particolarmente importanti per valutare le proprietà meccaniche, controllare lo stato della superficie dopo la lavorazione e il trattamento termico e rilevare difetti, come inclusioni non metalliche, crepe e bolle.
Proprietà meccaniche dei materiali metallici
Le proprietà meccaniche dei materiali metallici si riferiscono alle capacità di resistere sollecitazioni esterne, alcuni esempi sono la resistenza meccanica, rigidità, durezza, resistenza alla fatica e resistenza all'usura. Oltre alla durata dei materiali, queste proprietà influenzano direttamente l'efficienza della lavorazione meccanica (taglio, lavorazione della plastica, ecc.) e cambiano sotto l'effetto del trattamento termico. Questo spiega perché due materiali con costituenti identici e presenti nello stesso rapporto (stessa struttura) possono avere delle proprietà diverse.
Strutture metalliche e la sensibilità alle variazioni di temperatura
Di norma, le strutture metalliche sono costituite da strutture cristalline in cui gli atomi sono disposti in modo uniforme, tuttavia, non tutti gli atomi sono perfettamente allineati. Le strutture cristalline che hanno diversi grani con atomi disposti in modo regolare sono chiamate strutture policristalline, e tra questi grani, le aree in cui gli atomi non sono perfettamente allineati sono chiamate giunti di grano.
- A sinistra: Metallo policristallino composto da più grani
- A destra: Giunto del grano
Nelle strutture cristalline di questi metalli, la disposizione dei giunti dei grani varia a causa del trattamento termico o di altre applicazioni di temperatura. Sullo stesso materiale metallico, le variazioni causate dal calore possono differire. L'osservazione delle variazioni nella forma, nella dimensione e nella distribuzione dei grani dopo il trattamento termico è quindi essenziale per determinare le proprietà meccaniche di un materiale.
A titolo di esempio, di seguito vengono descritte le modifiche strutturali dell'acciaio inossidabile (materiale SUS) dovute al trattamento termico.
- Autenite (AISI 304 o Acciaio Inossidabile SUS304)
- Sebbene questa struttura non esista a temperatura ambiente, la struttura di una lega di Fe e C si stabilizza ad una temperatura minima di 723°C. L'aggiunta di elementi (Ni e Mn) che migliorano la temprabilità produce anche una struttura stabile. La struttura austenitica che rimane invariata nell'acciaio dopo la tempra è chiamata austenite residua.
- Martensite (AISI 410 o Acciaio Inossidabile SUS410 senza Nichel)
- Una struttura dura ma fragile formata dal rapido raffreddamento della struttura austenitica. La ricottura della martensite a una temperatura compresa tra 100 e 200 ° C crea un precipitato di Fe3C, rendendo la struttura leggermente più rigida ma più suscettibile alla corrosione. La martensite in questo stato è chiamata martensite ricotta per distinguerla da quella temprata.
- Ferrite (AISI 430 o Acciaio Inossidabile SUS430 ferritico)
- Una struttura simile al ferro puro e contenente fino allo 0,02% di C in Fe. Ferromagnetica con una temperatura ambiente di 780°C, questa struttura duttile è la più flessibile delle strutture in ferro e acciaio.
La struttura ottenuta dal lento raffreddamento dell'acciaio allo stato austenitico è chiamata perlite. L'intervallo tra gli strati varia a seconda della velocità di raffreddamento. Il nome perlite deriva dall'alternanza di strati estremamente sottili di ferrite e Fe3C che producono un colore simile alla madreperla.
Metodi di analisi metallografiche al microscopio
Qui a seguire ppotete trovare i vari passaggi del processo di analisi metallografica, dalla creazione di un campione alla sua osservazione al microscopio
1. Embedment (inglobamento in resina)
Inglobare il campione tagliato nella resina. Esistono diversi tipi di resina per l'inglobamento. La più utilizzata è la resina termoindurente a luce visibile, altamente trasparente e a indurimento rapido. Posizionare il campione in uno stampo cilintrico e versare lentamente la resina e attendere la polimerizzazione. In questa fase, è importante fare attenzione per evitare la formazione di bolle d'aria.
2. Lucidatura
Lucidare il campione, prima grossolanamente, con carta abrasiva impermeabile, poi più finemente, con una macchina lucidatrice. Utilizzare carta SiC da 80 a 2400 (più ruvida o più sottile) durante la lucidatura bagnata il primo passaggio. Nella lucidatura di precisione, rifinire a specchio il campione utilizzando seta sintetica spruzzata con grani di diamante da 9 a 0,25 micrometri, abrasivi, lubrificanti e sospensioni alcaline, quindi lavare la superficie con acqua corrente.
3. Incisione (corrosione)
Immergere la superficie levigata del campione in una soluzione di incisione adatta (liquido corrosivo). Risciacquare il liquido corrosivo con acqua, immergere il campione in etanolo o un prodotto simile, quindi asciugare il campione.
4. Osservazione della struttura al microscopio
Una volta completate le fasi sopra elencate, osservare al microscopio la superficie levigata del campione. Ingrandire la struttura e regolare la messa a fuoco per osservare le variazioni strutturali dovute all'applicazione del calore. Le misurazioni avanzate, tra cui inclusioni non metalliche, sferoidizzazione della grafite e rapporto superficie ferrite/perlite, verranno quindi eseguite trasferendo l'immagine su un software dedicato.
Ultimi esempi di analisi metallografica
I microscopi digitali KEYENCE forniscono soluzioni innovative.
Il microscopio digitale 4K ad altissima definizione della serie VHX di KEYENCE consente di migliorare drasticamente l'efficienza di varie attività oltre a offrire un'osservazione e una valutazione dettagliata delle strutture metalliche utilizzando immagini ad alta definizione.
Analisi metallografica con immagini 4K ad altissima definizione
La creazione dei campioni richiede molte ore di lavoro. Inoltre, se la superficie del campione rivestito di resina non è perfettamente piatta, anche la minima differenza di altezza potrà causare la sfocatura dell'immagine durante l'osservazione ad alto ingrandimento, richiedendo regolazioni di alta precisione.
L'interfaccia di composizione in tempo reale del microscopio digitale 4K Serie VHX consente una rapida composizione della profondità grazie al funzionamento semplice, senza alcuna regolazione manuale della messa a fuoco. Questo permette di mettere a fuoco un'intera struttura metallica, anche se la superficie di osservazione inglobata (inseerita nella resina) non è piatta, in modo da poter eseguire facilmente un'osservazione chiara della struttura utilizzando immagini 4K ad altissima definizione.
Osservazione ad alti livelli di precisione e contrasto grazie alla funzione 4K HDR
Il microscopio digitale 4K della serie VHX è dotato di una funzione High Dynamic Range (HDR), che cattura più immagini variando la velocità dell'otturatore per migliorare le gradazioni di colore. Questa funzione consente di osservare strutture dettagliate su immagini con alti livelli di precisione e contrasto.
Immagini di grandi dimensioni acquisite mediante lo stitching di immagini ad alta velocità
Con la funzione di stitching delle immagini della serie VHX, è sufficiente premere il stitching per unire rapidamente i dati dell'immagine da provenienti diversi campi visivi, senza alcun disallineamento, in un'unica immagine di 50.000 x 50.000 pixel max. Questa immagine può quindi essere utilizzata per navigare nel campione e aumentare lo zoom per acquisire immagini ad alto ingrandimento per ulteriori analisi.
Misurazione di strutture metalliche con un clic
Il microscopio digitale 4K serie VHX è dotato di una funzione di misurazione automatica dell'area. Con il semplice utilizzo del mouse, questa singola unità completa rapidamente un'intera serie di operazioni di lavoro: dall'osservazione ingrandita di strutture metalliche, alla valutazione quantitativa dei rapporti tra le aree, attraverso la misurazione automatica, fino alla realizzazione di report.
Osservazione della sferoidizzazione della grafite e misurazione del rapporto tra le aree
Il microscopio digitale 4K serie VHX è dotato di una funzione di conteggio/misurazione automatica delle aree. Con una semplice operazione, questa funzione può misurare e contare un rapporto tra le aree all'interno di un intervallo specificato. È possibile escludere target non necessari e separare quelli sovrapposti. Questa funzione consente di visualizzare i valori misurati in una tabella o su un grafico, mentre si esegue l'osservazione al microscopio.
Analisi metallografica, un must per i leader del settore
In tutti i settori, guidati dall'industria automobilistica, le aziende competono nell'ingegno per sviluppare nuovi materiali e tecnologie di lavorazione in grado di migliorare l'efficienza energetica attraverso la riduzione del peso e il miglioramento della rigidità.
Il microscopio digitale ad alta definizione 4K Serie VHX garantisce osservazioni ad alta risoluzione e misurazioni accurate ideali per l'analisi metallografica.
Dotata di molte funzioni avanzate, la serie VHX è un ottimo strumento per tutti i settori che richiedono velocità e precisione nella selezione dei materiali.
Per saperne di più, fai clic sul pulsante qui sotto per scaricare il catalogo. Per qualsiasi richiesta, clicca sull'altro pulsante per contattare KEYENCE.
